工程测试技术(第二版)孔德仁课后习题答案

1、欲使测量结果具有普遍科学意义的条件是什么？答：①用来做比较的标准必须是精确已知的，得到公认的；②进行比较的测量系统必须是工作稳定的，经得起检验的。2、非电量电测法的基本思想是什么？答：基本思想：首先要将输入物理量转换为电量，然后再进行必要的调节、转换、运算，最后以适当的形式输出。3、什么是国际单位制？其基本量及其单位是什么？答：国际单位制是国际计量会议为了统一各国的计量单位而建立的统一国际单位制，简称SI，SI制由SI单位和SI单位的倍数单位组成。基本量为长度、质量、时间、电流强度、热力学温度、发光强度，其单位分别为米、千克、秒、安培、开尔文、坎德拉、摩尔。4、一般测量系统的组成分几个环节？分别说明其作用？答：一般测量系统的组成分为传感器、信号调理和测量电路、指示仪器、记录仪器、数据处理仪器及打印机等外部设备。传感器是整个测试系统实现测试与自动控制的首要关键环节，作用是将被测非电量转换成便于放大、记录的电量；中间变换（信号调理）与测量电路依测量任务的不同而有很大的伸缩性，在简单的测量中可完全省略，将传感器的输出直接进行显示或记录；信号的转换（放大、滤波、调制和解调）；显示和记录仪器的作用是将中间变换与测量电路出来的电压或电流信号不失真地显示和记录出来；数据处理仪器、打印机、绘图仪是上述测试系统的延伸部分，它们能对测试系统输出的信号作进一步处理，以便使所需的信号更为明确。5、举例说明直接测量和间接测量的主要区别是什么？答：无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测量值的测量为直接测量，可分为直接比较和间接比较两种。直接将被测量和标准量进行比较的测量方法称为直接比较；利用仪器仪表把原始形态的待测物理量的变化变换成与之保持已知函数关系的另一种物理量的变化，并以人的感官所能接收的形式，在测量系统的输出端显示出来，弹簧测力。间接测量是在直接测量的基础上，根据已知的函数关系，计算出所要测量的物理量的大小。利用位移传感器测速度。6、确定性信号与非确定性信号分析法有何不同？答：确定性信号是指可用确定的数学关系式来描述的信号，给定一个时间值就能得到一个确定的函数值。非确定性信号具有随机特性，每次观测的结果都不相同，无法用精确的数学关系式或图表来描述，更不能准确预测未来结果，而只能用概率统计的方法来描述它的规律。7、什么是信号的有效带宽？分析信号的有效带宽有何意义？答：通常把信号值得重视的谐波的频率范围称为信号的频带宽度或信号的有效带宽。意义：在选择测量仪器时，测量仪器的工作频率范围必须大于被测信号的宽度，否则将会引起信号失真，造成较大的测量误差，因此设计或选用测试仪器时需要了解被测信号的频带宽度。8、周期信号的频谱有哪几个特点？答：凡是周期信号可分解成直流分量和简谐分量。1、离散型:周期信号的频谱是离散谱，每一条谱线表示一个正弦分量；2、谐波性：周期信号的频率是由基频的整数倍组成的。3、收敛性：满足狄利克雷条件的周期信号，其谐波幅值总的趋势是随谐波频率的增大而减小。9、简述时限信号与周期信号在频谱分析方法及频谱结构上的差异？答：时限信号的频谱是连续谱；周期信号的频谱是离散谱；时限信号用能量谱表示；周期信号用功率谱表示；时限信号幅值谱纵坐标表示幅值谱密度；周期信号幅值谱纵坐标表示谐波分量的幅值；时限信号采用傅里叶积分分析；周期信号采用傅里叶级数分析；10、试画出的频谱图（幅度谱和相位谱）答：4-3.测试系统实现不失真测量的条件是什么？答：不失真条件：系统的频率响应应满足即：=常数，所以要使测量系统实现不失真，它的幅频特性应是常数，相频特性应是线性关系。4-4．何为动态误差？为了减少动态误差，在一、二阶测量系统中可采取哪些相应的措施？答：控制系统在任意的输入信号作用下达到稳态时的控制误差。减少动态误差：一阶系统时间常数越小越好，二阶系统一般选择尽可能的大，在0.6-0.8之间。4-6．已知某二阶系统传感器的自振频率，阻尼比=0.1，若要求该系统的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围。答：（1）（2）结合（1）和（2）式可得：或（舍去）又得4-7．某测量系统的频率响应曲线，若输入周期信号，试求其响应。()3cos5sinfttt()Hj00()()()jYjHjAeXj0()AA0()n020fkHz1()3%A0.97()1.03A22221()14nnA00.17nww1.391.41nww00,20nwffkHzwf03.4fkHz1()10.05Hjj()2cos100.8cos(10030)xttt()yt答：幅频特性相频特性由响应的叠加性和频率不变性可得：下面有误A（100）的值4-9．某力传感器为一典型的二阶系统，已知该传感器的自振频率，阻尼比。试问：用它测量频率为的正弦交变力时，其输出与输入幅值比和相位差各为多少？答：=0.6=0.954-11.某压力传感器的标定数据如题4-11表所列。分别求以端点连线、端点平移线、最小二乘直线作为参考工作直线的线性度、迟滞误差及重复性。压力/MPa系统输出/mV第一轮第二轮第三轮正行程反行程正行程反行程正行程反行程0-2．74-2．72-2．71-2．68-2．68-2．670．020．560．660．610．680．640．690．043．954．053．994．094．024．110．067．397．497．427．527．457．520．0810．8810．9410．9210．8810．9410．990．1014．4214．4214．4714．4714．4614．46答：由上表可得：（1）端点连线：压力/MPa00．020．040．060．080．10正方程平均-2．710．603．997．4210．9114．4521()10.05A()arctan0.052(10)1.79,0.8(10)0.157AA(10)26.6,(100)30108.7()1.79cos(1026.6)0.157cos(100108.7)yttt01000fHz0.7600Hz()A()0nwfwf22221()14nnA22()arctan52.71nn反方程平均-2．690．684．087．5110．9414．45总平均-2．700．644．047．4710．9314．45两端点（0，-2．70），（0．10，14．45）两点成线得直线：y=-2.7+171.5。=14.45-(-2.70)=17.15。。。。（2）端点平移线：令y=171.5x+b。理想b3.43+b6.86+b10.29+b13.72+b17.15+bb+2.72.79+b2.82+b2.82+b2.79+b2.7+b通过上面线性关系可求得b=-2.67y=171.5x-2.67=14.45-(-2.70)=17.15。(3)最小二乘直线通过最小二乘法可求直线为y=171.5x-2.77理想-2.770.664.097.5210.9514.380.070.020.050.050.020.07=14.38-(-2.77)=17.15。4-12.一测试装置的幅频特性如题4-12图所示，相频特性为：时相移75度；时相移180度。若用该装置测量下面两复杂周期信号：（1）（2）FSY0.12100%0.7%17.15L0.09100%0.52%17.15H0.055100%0.32%17.15RLFSY0.06100%0.35%17.15L0.09100%0.52%17.15H0.055100%0.32%17.15RLFSY0.07100%0.41%17.15L0.52%H0.32%H125.5/rads150.6/rads112sin125.5sin150.6xtAtAt234sin626sin700xtAtAt试问，该装置对和能否实现不失真测量？为什么？答：（1）当时，幅频=常数与不成线性关系所以该装置对幅值不失真，但是相位失真，不能实现不失真测量条件。同理对信号也不能实现4-13．判断题。（1）频率不变性原理是指任何测试装置的输出信号的频率总等于输入信号的频率。（错）条件需稳定（2）连续模拟信号的频谱具有谐波性、离散性、收敛性特点。（错）要为周期信号（3）系统的传递函数H（s）=Y（s）/X（s），式中Y（s）、X（s）分别为响应与激励的拉氏变换，表明H（s）将随X（s）的减少而增大。（错）H（s）是固有特性5-2根据你的理解请给智能传感器下一个确切的定义。答：智能传感器是其于现场总线数字化、标准化、智能化打求，带有总线接口，能自行管理自己，在将检测到的信号进行处理变抑郁后，能以数字量形式通过现场总线与上位机进行信息传递。具备学习、推理、感知、通信以及管理功能的新型传感器。5-3挂接在GBIB接口总线上的器件按它们的作用不同可分为讲者、听者和控者三类，分别解释何为讲者器件、听者器件和控者器件，在该控制总线上三者之间的关系有何规定。答：控者器件：指定谁是讲者，谁是听者的器件讲者器件：指发送数据到其它器件的器件听者器件：指导接收讲者发送的数据的器件规定：控者由系统定义，只有一个，讲者一次只能有一个器件被寻址为讲者，而听者有多个，一台用作控者的PC可以同时扮演上述三种角色。5-4简答下列有关IEEE488接口的其本特性问题：（1）IEEE488接口采用何种信息传递方式？答：IEEE488使每个单或控制器与被控仪器装置之间通过总线以并行方式进行通信联系。（2）接口逻辑电平是怎样规定的？答：接口逻辑采用负逻辑（标准的TTL电平），任一根线上都可以以零逻辑代表“真”条件。DAV为低电平时，表示接收器可以从总线上接收数据NRFD为高电平时，表示所有的接收器都准备好接收数据NDAC为低电平时，表示数据尚未接收完IFC为有效低电平，表示整个总线停止工作ATN：“1”表示数据总线上传送的是地址或命令，“0”表示传送的是数接据（3）8根数据总线在使用中有几种工作模式？答：前七位构成ASCII码，最后一位作其它作用，如奇偶检验，有两种工作模式，传送数据和命令作息5-7．什么是虚拟仪器？虚拟仪器有何特点？答：虚拟仪器是指有虚拟仪器面板的个人计算机，它由通用计算机、模块化功能硬件和控制专用软件组成。“虚拟”是指一：面板是虚拟的，二：由软件编程实现虚拟测量功能。1xt2xt125.5/219rads125.5/rads()A125.5/,()75,150.6/,()180radsrads()1xt2xt特点：功能由用户自己定义，面向应用的系统结构，展开全汉化图形界面，数据可编辑存储，打印，软件是关键，价格低廉，技术更新快，基于软件体系的结构，大大地节省了开发维护费用。6-5．什么是等精度测量？什么是不等精度测量？答：等精度测量是指在测量条件不变的情况下，对某一被测几何量进行的多次测量。相反，在测量过程中全部或部分因素和条件发生改变称为不等精度测量。6-6．对某量进行7次测量，测得值为：802.40、802.50、802.38、802.48、802.42、802.45、802.43，求其测量结果。答：根据A类不确定度，所以测量结果为802.440.026-7．欲测量某一回路中一标称为10（11%）电阻器的功率损耗P，可采用两种方法进行，一是只测电阻器两端的电压V，然后用公式计算电阻器上的功率损耗。二是分别测量电阻器两端的电压V和流过电阻器的电流I，由公式P=VI计算电阻器上的功率损耗。估算这两种方案的电功率测量误差，设V和I的测量结果为V=100（11%）V，I=10（11%）A